Deux équipes de chercheurs ont découvert indépendamment qu'il existe un certain type de système de graphène où les électrons gèlent lorsque la température augmente. La première équipe, avec des membres d'Israël, les États-Unis et le Japon, ont découvert que le fait de placer une couche de graphène au-dessus d'une autre, puis de tordre celle du dessus, entraînait un état de graphène dans lequel les électrons gèleraient à mesure que les températures augmentaient. Et en essayant d'expliquer ce qu'ils ont observé, ils ont découvert que l'entropie de la phase quasi-isolante était environ la moitié de ce qui serait attendu des spins des électrons libres. La deuxième équipe, avec des membres des États-Unis, Japon et Israël, ont trouvé le même système de graphène et dans leur enquête pour comprendre leurs observations, ils ont noté qu'un grand moment magnétique est apparu dans l'isolant. Les deux équipes ont publié leurs résultats dans la revue La nature . Biao Lian de l'Université de Princeton a publié un article sur News and Views décrivant le travail des deux équipes dans le même numéro de revue.

À mesure que les températures autour de la plupart des substances augmentent, les particules qui les composent sont excitées. Il en résulte que les solides fondent en liquides et que les liquides se transforment en gaz. Cela s'explique par la thermodynamique - des températures plus élevées entraînent plus d'entropie, qui est une description du désordre. Dans ce nouvel effort, les deux équipes ont trouvé une exception à cette règle :un système de graphène dans lequel les électrons gèlent à mesure que la température augmente.

Le système de graphène était très simple. Les deux équipes ont simplement posé une feuille de graphène l'une sur l'autre, puis ont très légèrement tordu la feuille supérieure. Mais il a dû être tordu à ce qu'ils décrivent comme "l'angle magique, " décrivant une torsion de seulement 1 degré. Le motif de moiré qui en a résulté a entraîné une vitesse plus faible des électrons dans le système, qui à son tour a conduit à plus de résistance, amenant le système près d'être un isolant.

Les deux équipes ont ensuite étudié ces observations de plus près. Ils l'ont tous deux fait en mesurant l'entropie du réseau torsadé et ont constaté que l'entropie de la phase à haute température était supérieure à celle de la phase à basse température. Et ils ont tous deux découvert que les électrons de la couche torsadée avaient à la fois un spin et un faible degré de liberté, lequel, ils ont noté, pourrait être décrit comme un isospin. Et ils ont tous les deux suggéré qu'à mesure que la température dans le système augmentait, il s'est rapproché de devenir un ferromagnétique. En plus de leurs découvertes concernant l'entropie de la phase quasi-isolante, la première équipe a également remarqué un pic élevé soudain de compressibilité électronique. Et la deuxième équipe a également découvert que moins d'électrons pouvaient occuper des niveaux d'énergie en même temps lorsqu'un champ magnétique était appliqué au système.

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